src/WeatherCM/FGWeatherUtils.h

   1 /*****************************************************************************
   2
   3  Header:       FGWeatherUtils.h
   4  Author:       Christian Mayer
   5  Date started: 28.05.99
   6
   7  -------- Copyright (C) 1999 Christian Mayer (fgfs@christianmayer.de) --------
   8
   9  This program is free software; you can redistribute it and/or modify it under
  10  the terms of the GNU General Public License as published by the Free Software
  11  Foundation; either version 2 of the License, or (at your option) any later
  12  version.
  13
  14  This program is distributed in the hope that it will be useful, but WITHOUT
  15  ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY or FITNESS
  16  FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public License for more
  17  details.
  18
  19  You should have received a copy of the GNU General Public License along with
  20  this program; if not, write to the Free Software Foundation, Inc., 59 Temple
  21  Place - Suite 330, Boston, MA  02111-1307, USA.
  22
  23  Further information about the GNU General Public License can also be found on
  24  the world wide web at http://www.gnu.org.
  25
  26 FUNCTIONAL DESCRIPTION
  27 ------------------------------------------------------------------------------
  28 Utilities for the weather calculation like converting formulas
  29
  30 HISTORY
  31 ------------------------------------------------------------------------------
  32 02.06.1999 Christian Mayer      Created
  33 08.06.1999 Christian Mayer      Changed sat_vp
  34 16.06.1999 Durk Talsma          Portability for Linux
  35 20.06.1999 Christian Mayer      added lots of consts
  36 11.10.1999 Christian Mayer      changed set<> to map<> on Bernie Bright's
  37                                 suggestion
  38 19.10.1999 Christian Mayer      change to use PLIB's sg instead of Point[2/3]D
  39                                 and lots of wee code cleaning
  40 17.01.2000 Christian Mayer      Added conversion routines make it easier for
  41                                 JSBsim to use the weather database.
  42 *****************************************************************************/
  43
  44 /****************************************************************************/
  45 /* SENTRY                                                                   */
  46 /****************************************************************************/
  47 #ifndef FGWeatherUtils_H
  48 #define FGWeatherUtils_H
  49
  50 /****************************************************************************/
  51 /* INCLUDES                                                                 */
  52 /****************************************************************************/
  53 #include <math.h>
  54
  55 /****************************************************************************/
  56 /* DEFINES                                                                  */
  57 /****************************************************************************/
  58
  59 /****************************************************************************/
  60 /*assuming as given:                                                        */
  61 /*                                                                          */
  62 /* t:       temperature in °C                                               */
  63 /* p:       preasure in mbar                                                */
  64 /* //abs_hum: absoloute humidity in g/m^3,                                  */
  65 /* act_vp:  actual vapor pressure pascal                                    */
  66 /*                                                                          */
  67 /* Calculated vaues:                                                        */
  68 /* //max_hum: maximum of humidity in g/m^3,                                 */
  69 /* sat_vp:  saturated vapor pressure in pascal                              */
  70 /* rel_hum: relative humidity in %                                          */
  71 /* dp:      dew point in °C                                                 */
  72 /* wb:      approximate wetbulp in °C                                       */
  73 /*                                                                          */
  74 /* NOTE: Pascal is the SI unit for preasure and is defined as Pa = N/m^2    */
  75 /*       1 mbar = 1 hPa = 100 Pa                                            */
  76 /* NOTE: °C isn't a SI unit, so I should use °K instead. But as all         */
  77 /*       formulas are given in °C and the weather database only uses        */
  78 /*       'normal' temperatures, I've kept it in °C                          */
  79 /****************************************************************************/
  80
  81 #define SAT_VP_CONST1 610.483125
  82 #define SAT_VP_CONST2 7.444072452
  83 #define SAT_VP_CONST3 235.3120919
  84
  85 inline WeatherPrecision sat_vp(const WeatherPrecision temp)
  86 {
  87     //old:
  88     //return 6.112 * pow( 10, (7.5*dp)/(237.7+dp) );    //in mbar
  89
  90     //new:
  91     //advantages: return the result as SI unit pascal and the constants
  92     //are choosen that the correct results are returned for 0°C, 20°C and
  93     //100°C. By 100°C I'm now returning a preasure of 1013.25 hPa
  94     return SAT_VP_CONST1 * pow( 10, (SAT_VP_CONST2*temp)/(SAT_VP_CONST3+temp) );    //in pascal
  95 }
  96
  97 inline WeatherPrecision rel_hum(const WeatherPrecision act_vp, const WeatherPrecision sat_vp)
  98 {
  99     return (act_vp / sat_vp) * 100;     //in %
 100 }
 101
 102 inline WeatherPrecision dp(const WeatherPrecision sat_vp)
 103 {
 104     return (SAT_VP_CONST3*log10(sat_vp/SAT_VP_CONST1))/(SAT_VP_CONST2-log10(sat_vp/SAT_VP_CONST1)); //in °C
 105 }
 106
 107 inline WeatherPrecision wb(const WeatherPrecision t, const WeatherPrecision p, const WeatherPrecision dp)
 108 {
 109     WeatherPrecision e = sat_vp(dp);
 110     WeatherPrecision tcur, tcvp, peq, diff;
 111     WeatherPrecision tmin, tmax;
 112
 113     if (t > dp)
 114     {
 115         tmax = t;
 116         tmin = dp;
 117     }
 118     else
 119     {
 120         tmax = dp;
 121         tmin = t;
 122     }
 123
 124     while (true)
 125     {
 126         tcur=(tmax+tmin)/2;
 127         tcvp=sat_vp(tcur);
 128
 129         peq = 0.000660*(1+0.00155*tcur)*p*(t-tcur);
 130
 131         diff = peq-tcvp+e;
 132
 133         if (fabs(diff) < 0.01)
 134             return tcur;        //in °C
 135
 136         if (diff < 0)
 137             tmax=tcur;
 138         else
 139             tmin=tcur;
 140     };
 141
 142 }
 143
 144 inline WeatherPrecision Celsius             (const WeatherPrecision celsius)
 145 {
 146     return celsius + 273.16;                            //Kelvin
 147 }
 148
 149 inline WeatherPrecision Fahrenheit          (const WeatherPrecision fahrenheit)
 150 {
 151     return (fahrenheit * 9.0 / 5.0) + 32.0 + 273.16;    //Kelvin
 152 }
 153
 154 inline WeatherPrecision Kelvin2Celsius      (const WeatherPrecision kelvin)
 155 {
 156     return kelvin - 273.16;                             //Celsius
 157 }
 158
 159 inline WeatherPrecision Kelvin2Fahrenheit   (const WeatherPrecision kelvin)
 160 {
 161     return ((kelvin - 273.16) * 9.0 / 5.0) + 32.0;      //Fahrenheit
 162 }
 163
 164 inline WeatherPrecision Celsius2Fahrenheit  (const WeatherPrecision celsius)
 165 {
 166     return (celsius * 9.0 / 5.0) + 32.0;                //Fahrenheit
 167 }
 168
 169 inline WeatherPrecision Fahrenheit2Celsius  (const WeatherPrecision fahrenheit)
 170 {
 171     return (fahrenheit - 32.0) * 5.0 / 9.0;             //Celsius
 172 }
 173
 174 inline WeatherPrecision Torr2Pascal         (const WeatherPrecision torr)
 175 {
 176     return (101325.0/760.0)*torr;                       //Pascal
 177 }
 178
 179 inline WeatherPrecision Rankine2Kelvin      (const WeatherPrecision Rankine)
 180 {
 181     return (5.0 / 9.0) * Rankine;                       //Kelvin
 182 }
 183
 184 inline WeatherPrecision JSBsim2SIdensity    (const WeatherPrecision JSBsim)
 185 {
 186     return JSBsim / 0.0019403203;                       //kg / cubic metres
 187 }
 188
 189 inline WeatherPrecision psf2Pascal          (const WeatherPrecision psf)
 190 {
 191     return psf / 0.0020885434;                          //lbs / square foot (used in JSBsim)
 192 }
 193
 194 inline WeatherPrecision Kelvin2Rankine      (const WeatherPrecision kelvin)
 195 {
 196     return (9.0 / 5.0) * kelvin;                        //Rankine (used in JSBsim)
 197 }
 198
 199 inline WeatherPrecision SIdensity2JSBsim    (const WeatherPrecision SIdensity)
 200 {
 201     return 0.0019403203 * SIdensity;                    //slug / cubic feet (used in JSBsim)
 202 }
 203
 204 inline WeatherPrecision Pascal2psf          (const WeatherPrecision Pascal)
 205 {
 206     return 0.0020885434 * Pascal;                       //lbs / square feet (used in JSBsim)
 207 }
 208
 209 /****************************************************************************/
 210 /* CLASS DECLARATION                                                        */
 211 /****************************************************************************/
 212
 213 /****************************************************************************/
 214 #endif /*FGWeatherUtils_H*/